多数为海水生。当死亡的海鱼在10～20℃下保存1～2天时，其体表可长出发光细菌的菌落或成片菌苔，在暗室中肉眼可见，并可从中分离它们。生物发光的生化反应是还原型辅酶Ⅰ（NADH）中的[H]先传递给黄素蛋白以形成还原型黄素单核苷酸（FMNH₂），然后其中的[H]不经过呼吸链而直接转移给分子氧，能量以光能形式释放。因此，除初级电子供体NADH外，发光反应还须提供黄素单核苷酸（FMN）、长链肪族醛（一般为十二烷醛）、氧气（O₂）和荧光素酶。在发光细菌中，单个或较稀的细胞群不发荧光，只有当细胞达到一定浓度尤其是形成菌落或菌苔时才会发光。研究发现，细菌合成荧光素酶是通过一种独特的称作自诱导方式进行的，即在发光细菌生长时，会分泌一种自诱导物至周围环境中，当浓度达到临界点时，就会开启编码荧光素酶的发光基因lux操纵子，从而诱导自身合成荧光素酶。细菌发光的强度受环境中氧浓度、毒物种类及其含量等的影响，只要用灵敏的光电测定仪器就可检测试样的污染程度或毒物的毒性强弱。

截至2022年，已发现有15种发光细菌是海洋生物的致病菌，而人可通过食用被感染的鱼而致病。其中美人鱼发光杆菌（Photobacterium damselae）是发光细菌中毒性最强的一个种，可被分为两个亚种：美人鱼发光杆菌杀鱼亚种（Photobacterium damselae  subsp.  piscicida）和美人鱼发光杆菌美人鱼亚种（Photobacterium damselae  subsp. damsela）。美人鱼发光杆菌杀鱼亚种是鱼群巴斯德菌病的致病菌，菌落生长在被感染鱼群的脾和肾中，最终会导致鱼群死亡。